农业生态工程设计摘要：农业生态工程是生态工程的重要内容，其关乎着我国农业的科学发展与快速进步，研究农业生态工程设计有着十分重要的意义。
作者通过收集和整理大量资料，按照生态学理论，对农业生态工程设计进行了详细的研究。
本文首先对生态工程和生态工程设计进行了简单的概述，又系统的介绍了农业生态工程的概念、基本原则和存在问题，着重对农业生态工程的设计流程和主要模式进行了研究，最后总结了农业生态工程设计的评价方式。
关键词：生态工程；农业生态工程；生态工程设计；模式生态工程是应用生态系统中物种共生与循环再生的原理,结合系统工程的最优化方法,设计的分层多级利用物质的生产工艺系统[ 1]。
生态工程设计是生态工程建设的核心，明确生态工程设计,是建设良好的生态工程的根本手段。
而我国作为一个农业大国，农业是整个国民经济的重要组成部分，充分利用我国传统农业之精华和我国劳动力充分之优势，遵循生态学原理和利用生态工程技术，合理地进行农业生态工程设计，有利于我国农业的可持续发展。
1 概述1.1生态工程1.1.1定义生态工程(ecological engineering)在复杂且相互关联的社会需求下应运而生[ 2]，由中国生态学家马世骏与美国生态学家奥德姆(H.T.Odum)在20世纪60年代分别提出。
几十年间生态工程的定义随着理论与应用的拓展得到不断修订更新[ 3]。
根据实践和研究的进展, 生态工程定义可修订为:“为了人类社会和自然双双受益, 着眼于生态系统, 特别是社会-经济-自然复合生态系统的可持续发展能力的整合工程技术。
促进人与自然调谐, 经济与环境协调发展, 从追求一维的经济增长或自然保护, 走向富裕、健康、文明三维一体的复合生态繁荣和可持续发展”[ 4]。
1.1.2特点生态工程作为一种生产工艺系统，除了具有一般工程的共性外，还有自身的特点，主要表现在以下五个方面[ 5]：1.以生态学理论为指导，以活的生物为主体，强调利用生物与生物对我共生功能、生物物质的循环再生功能、食物链以及生物与环境之间的相互适应原理，来进行多层次、多方向的生产工艺设计。
2.利用生态系统的反馈控制和稳态机制等稳定性特点，生态工程重视培育和利用生态系统的自我修复、自我调节功能。
3.生态工程强调经济效益和生态效益的高度统一。
4.生态工程尤其是农业生态工程是在石化农业逐渐走入死胡同的形势下提出来的，目的是为了克服石化农业的种种弊端。
5.生态工程包括生态工程体系和生态工程技术两个方面。
1.1.3应用生态工程的应用已在诸如方面均取得了显著的效果，其主要包括土壤恢复生态工程、水体污染修复生态工程、固体废弃物利用生态工程、微生物生态工程、农业生态工程、产业生态工程等等。
我国的国情决定了与西方生态工程产生和发展的侧重点不同。
西方国家生态工程首先是治理与保护生态环境，实现清洁生产。
而我国则首先在农业的可持续发展领域兴起, 并形成了具有特色的生态工程分支—农业生态工程[ 6]。
1.2生态工程设计1.2.1基本原理生态工程设计的基本原理有许多，现在国内外普遍接受的基本原理是整体、协调、循环、再生[ 7]。
在此原理的基础上，王如松等提出了生态工程调控的开拓适应、竞争共生、连锁反应、系统乘补、循环再生、多样性主导性、结构功能、最小风险等8条设计原则，成为指导生态工程建设的基本原理[ 8]。
1.2.2原则生态工程设计是建立在其基本原理的基础上的。
Scott 提出生态工程的设计原则，这些原则包括：1.遵循自组织、多样性和复杂性、循环再生等生态学原理进行设计。
2.根据实地情况进行设计。
3保持设计功能的独立性，基于人类为了满足自身需要，进行设计来提供自然所未能提供的功能，而这种设计要保持功能的独立性，则不会对自然过程产生影响。
4.能量和信息高效的设计。
5.认同促成设计的目的和价值。
生态工程是人工设计的一个生物群落、一个生态系统或一个更为宏观的地域性的生态空间，以生物种群为主要结构成分，人为参与调控，并实现一定功能的环境治理、修复工程。
因此在设计与实施上，需要遵循下面原则：1.因地制宜原则。
是指紧紧围绕当地的生态环境和社会经济的具体情况，进行环境生态工程的设计。
2.整体性原则。
环境生态工程研究与处理的对象是作为有机整体的“社会—经济—自然”复合的生态系统[ 9]，生态工程在设计上必须以整体观为指导，在系统水平上来研究，并以整体控制为处理手段，则在研究建设一个生态工程的设计上，必须遵守整体性原则，统筹兼顾。
3.科学定量原则。
由于生态工程目标的多样化，在经济上需要高效益，且能实现环境治理的目的，所以在实施上必须进行严谨的科学量化。
4.生态学原则。
我国生态工程的设计根据其基本原理，多方面进行人为干预，在遵循基本原则下达到预期目标。
其原则又包括适当输入辅助能原则，再生循环及商品生产原则，生物多样性原则和环境的时间节律与生物的机能节律原则。
1.2.3设计路线[ 10]1.制定目标。
生态工程设计的对象是由既相互促进又相互制约的三个系统组成，其目标的制订也必须重视社会、经济和自然三者的整体协调，即自然环境是否被保护，经济条件是否有利，社会系统是否有效等。
同时，根据当地的条件，强化某个系统的目标。
2.背景调查。
因地制宜的基础是了解实施生态工程设计的背景条件，只有正确全面的了解和掌握该地区的自然、社会和经济背景，才能充分发挥和发掘当地的潜力，达到事半功倍的效果。
背景调查主要包括自然资源条件、社会经济条件、生态环境条件和调查资料与数据的整理。
3.模型分析与模拟。
根据拟定的目标和收集的数据，构建合适的系统模型。
通过模型的建立和运算，评价所选的模型类型和数据集合是否合适通过模型耦合和数据处理，求解或模拟模型，找出关键组分和关键因子，找出各组分之间物质和能量的流通规律以及流通率变化对系统的潜在压力和影响效应，找出组分灵敏性和系统平衡及稳定能力，找出反馈作用的强度和效应等，结合定性研究，分析和评价系统的整体行为特征和发展趋势[11][12]。
4.工程可行性报告、规划和施工技术设计。
通过可行性评价和决策分析，为政府管理部门提供在不同社会、经济和自然资源条件下，实施生态工程的多种途径；依据确定的经济技术指标，完成规划、施工和工程设计。
5.工程的更新[13]。
工程的更新包括两个方面，一是根据系统的演替客观规律和发展要求，促进生态系统的更新，使新的系统较原有的系统具有更稳定的结构和生产力；二是日益深化的环境意识和环境质量标准的提高，不断的提高工程系统对污染物的同化范围和水平。
2 农业生态工程的简介2.1概念继1979年马世骏提出生态工程定义后，1987年又进一步阐述了农业生态工程的概念[1]：将生态工程原理应用于农业建设，即形成农业生态工程，也就是实现农业生态化的农业；可以认为，农业生态工程就是有效的运用生态系统中各生物种充分利用空间和资源的生物群落共生原理、多种成分相互协调和促进的功能原理、以及物质和能量多层次途径利用和转化的原理，从而建立能合理利用自然资源、保持生态稳定和持续高效功能的农业生态系统。
农业生态工程的实质就是应用生态学原理，结合系统工程方法及现代技术手段，建立农业资源高效利用的生产方式，实施农业可持续发展的技术体系。
2.2基本原则农业生态工程是是一个复杂的大型系统工程，同样遵循生态工程设计的基本原理。
在该原理的指导下，遵循整体性原则、层次性原则、因地制宜原则、科技先导原则、可持续原则和市场协调原则[14]。
农业生态工程建设要充分利用自然资源，通过人工合理调控和技术集成，建立起一个功能高效、结构合理、效益持续的复合生态系统[15]。
2.3存在的问题农业生态工程在不断的发展过程中也存在着一系列的问题，其阻碍着农业生态工程系统的发展和进步，对农业生态工程的研究也带来了一定的影响。
我国农业生态工程目前尚难像精确农业那样，依据可靠的参数，设计出标准化的、易操作的生态工程样板，缺乏定量化模型的指导；农业生态工程主要是在总结农民自己创造出的模式与传统经验的基础上发展起来的，没有一批基于信息和高科技的先进技术作为支撑，缺乏高科技含量；农业生态工程缺乏全面的抽象上升和进一步的理论概括，大尺度、规范化的工程较少，数据采集困难等要求增强理论研究规范化和手段现代化；由于农业生态工程本身是一个集成系统，涉及多种学科知识，然而从事的相关研究人员专业单一，不能更好的对其进行更全面的研究[16]。
3 农业生态工程的设计3.1设计流程图农业生态工程设计时要重视系统的自我调节和人为方面的干预，利用自然界存在的生态系统、群落、种群及有机个体，通过系统的结构和信息的输入与输出，优化并重建生态经济系统。
图1农业生态工程设计流程图[17]3.2主要模式3.2.1农林立体结构型生态工程该模式是利用自然生态系统中各生物种的特点，通过合理的组合，建立各种形式的立体结构，以达到充分利用空间、提高生态系统光能利用率和土地生产力，增加物质生产的目的。
这种生态农业模式在我国普遍存在，应用较广，主要存在以下三种形式：1.各种农作物的轮作、间作和套种。
轮作主要是豆类和稻类的轮换种植。
间作主要是禾本科作物和豆类作物，诸如玉米和大豆的行数比例可以为1:2或2:2，禾本科作物和薯类作物的间作也很常见，往往还会在马铃薯和玉米间种大豆，形成马铃薯-玉米-大豆“三种三收”的种植模式。
我国的套种模式很多，以棉田套种洋葱模式为例，棉株和洋葱可以实现两段共生，可延长棉花的有效生育期，确保秋桃和晚桃如期成熟，洋葱的辛辣味还可趋避棉蚜虫的危害等等。
3.2.2农村的三料工程农村的三料指的是燃料、饲料和肥料，其不仅关系到农民生产、生活的重大问题，也关系到经济发展、资源利用和环境保护的重大问题。
有效的协调三者之间的关系，使其达到由竞争关系到互促关系的良好转变。
传统的农作物秸秆对三料的单一应用使其之间产生了一定的矛盾，诸如将农作物秸秆用作燃料，必然影响饲料的利用，对积攒有机肥也十分不利。
肥料少导致第二年产生的秸秆量就会下降，形成一个肥料少、秸秆就少的正反馈环。
如果农村的农副产品不是单纯的烧掉，而是改为多重利用，对于三料矛盾的解决和资源的有效利用都有很大推进作用，新型的三料工程流程图如图2[17]。
图2三料工程流程图3.2.3农-渔复合生态工程农-渔复合生态工程模式以稻田养鱼和稻田养蟹生态工程最为典型，通过水稻与鱼、蟹的互利共生，在同一田地里进行粮食和渔业生产，使农业资源得到更加充分的利用[15]。
稻田养鱼生态模式中，将鱼、稻、微生物优化配置在一起[16]。
水稻为鱼类提供荫蔽的栖息地，水稻的枯叶在水中的腐烂促进微生物的繁殖，微生物又是鱼类的饵料。
鱼又为水稻消灭了害虫和杂草，鱼粪为水稻提供了营养肥料；鱼类同时疏松了表层土壤，提高了通透性增加了溶解氧，同时又促进了微生物增长。